SD2有机染料敏化剂量子化学研究

以SD2染料分子在DSSC中的性能表现,为了拓宽SD2染料分子的光谱响应范围,降低最低空轨道与最高占用轨道之间的能级差值,现以SD2染料分子的电子给体和电子受体为基本框架,将其原来的吲哚单元和噻吩单元用一种共轭π桥(标记为A)和四种辅助电子受体(标记为1,2,3,4)替换。为了尽可能全面的表征新设计的16种染料分子在DSSC中的相关性能,前线分子轨道能级,紫外可见吸收光谱,自然键轨道分析,分子内电荷转移,电荷及空穴的重组能,短路电流密度和开路电压的相关参数通过量子化学的方法被一一计算出来。根据这些相关物理量的计算结果并结合这些染料分子在上述方面的表现,在这4个新设计的染料分子与二氧化钛结合,通过计算这4种配合物的几何构型,前线轨道分布,电子的垂直激发能,在三氯甲烷溶液中的紫外可见吸收光谱以及在激发过程中的轨道跃迁占比。     

三噻吩甲烷类染料的设计合成与性能研究

设计合成了一种基于三噻吩取代甲烷为D单元的纯有机染料(TTM-3),主要采用Vilsmeier-Haack反应、Suzuki偶联反应和Knoevenagel缩合反应等。然后采用~1HNMR、对分子结构进行表征验证。同时,染料的光物理和电化学性能分析表明,染料在可见光区具有一定的光捕获能力,其能级符合DSSC的应用要求,在AM1.5G模拟条件下测得其开路电压为(V_(oc))0.526 V,短路电流密度为(j_(sc))1.62 mA·cm~(-2),电池的光电功率转换效率为0.56%。     

新型含有多氰基受体单元的近红外敏化染料的合成及其光伏性能研究

本文分别以三苯胺、二甲基苯胺和吲哚啉单元为电子给体,设计并合成了3个新型D-π-A体系近红外敏化染料分子5C-1、5C-2和5C-3,并对其结构进行了表征,详细研究了在溶液中以及吸附到电极上的吸收光谱.该系列敏化染料在550—850 nm之间具有较强的吸收,尤其5C-3的吸收边带已达到954 nm.当该系列敏化染料吸附到Ti O2上时,吸收边带大幅红移,显示有利于染料捕获长波段区域的太阳光.通过循环伏安法,测定了染料的电化学性质,发现该系列敏化染料的最低未占有轨道(LUMO)能级与Ti O2导带并不匹配,因此选用导带能级更正的SnO2作为阳极半导体材料进一步测试了该系列染料的光电性能,以发展具有优良性能的长波段响应的近红外敏化剂.     

含异靛单元染料的合成及在DSSC中的研究

我们以三苯胺为电子给体,氰基丙烯酸为电子受体和锚定基团,首次使用窄带隙共轭单元异靛设计合成了一个D-π-A型全有机染料TPAID1,对其进行在染料敏化太阳能电池中的性能进行了一些列的表征,测定了染料在氯仿溶剂中的紫外-可见吸收光谱,并对其进行了DSSC器件表征,在AM 1.5 G,100 mW/cm2下,染料TPAID1的电池能量转换效率为0.59%(Jsc=1.59 mA/cm2,Voc=0.55 V,FF=0.69)。     

含长共轭烯烃结构的天然染料敏化太阳能电池的制备与性能研究

文章选择含长共轭烯烃结构天然染料藏花素、虾青素、番茄红素和β-胡萝卜素用于染料敏化太阳能电池(DSSC)的制备,研究了这些天然染料的分子结构与DSSC性能的关系。研究结果表明,含有极性基团(如-OH等)的天然染料(如虾青素和藏花素)制备的DSSC具有较好的光电转换效率,极性基团是天然染料分子吸附于二氧化钛表面并应用于DSSC制备的必要条件。利用藏花素制备的单个电池器件的开路电压为0.548 V,光电转换效率为0.32%,这在天然染料DSSC器件中,性能是比较高的。     

π-桥中引入噻吩对D—A型染料敏化剂光电性质的影响

基于D-π-A型染料ND,在π-桥中引入噻吩基团以增长分子共轭链,设计出ND2T和ND4T两个染料分子。通过密度泛函理论研究噻吩基团引入到染料分子π-桥中对染料本身光电性质的影响。计算结果表明,引入噻吩基团可以缩短染料分子HOMO与LUMO之间的能隙。重要的是,π-桥中引入并噻吩基团形成的ND4T分子表现出最大红移和最强的光谱吸收,这将有利于提高该染料分子运用在染料敏化太阳能电池中的光伏性能。     

染料敏化太阳能电池中酞菁光敏剂的固定基团的研究进展

染料敏化太阳能电池(DSSC)是太阳能电池中非常有潜力的一个研究方向。敏化染料作为DSSC重要的组成部分在很大的程度上影响着DSSC的光电转化效率,酞菁是一种非常重要的光敏剂,近年来受到广泛的关注。酞菁结构的细微变化都会影响到其HOMO、LUMO能级,影响激发电子注入半导体极板的效率,从而影响太阳能电池效率。本文以酞菁与TiO2的固定基团为主介绍了近年来酞菁染料分子的设计研究进展。     

不同浓度TiCl_4浸渍的SnO_2光阳极对染料敏化太阳能电池性能的影响

采用溶剂热法制备出花状Sn O2晶体,然后在FTO导电玻璃上制得Sn O2薄膜。将Sn O2薄膜在不同浓度Ti Cl4溶液中浸渍1 h,并经450℃煅烧30 min得到Sn O2-Ti O2复合薄膜光阳极。经N3染料浸渍后,与Pt对电极,I–/I3–电解质组装成染料敏化太阳能电池(DSSC),测试了DSSC的性能。结果表明:Ti Cl4浸泡有利于提高Sn O2-DSSC的光电性能,当Ti Cl4浓度为0.15 mol/L时,Sn O2-Ti O2-DSSC的短路电流(Jsc)和开路电压(Voc)分别达到11.30 m A/cm2和0.55 V,电池的光电转换效率达到3.24%,与纯花状Sn O2-DSSC相比提高了近4倍。分析了不同浓度的Ti Cl4对光阳极的电子输运和光电转换效率的影响机制。     

卟啉类有机化合物在染料敏化太阳能电池的应用研究进展

近年来,染料敏化太阳能电池(DSSC)由于低价格、易于制造成大面积、具有较宽的光谱响应范围,可接受的理论转换效率、制造工艺简单、对原料纯度要求不高、寿命长、对环境友好、应用前景广阔等优点而备受关注。染料光敏剂是DSSC的核心材料之一,其性能的优劣将对DSSC光电转化效率起着决定性的作用。介绍了DSSC的基本构造和光电原理,综述了作为光敏化剂的各种卟啉类有机化合物在染料敏化纳米晶太阳能电池中的应用。     

染料敏化太阳能电池中TiO2光阳极形貌研究进展

纳米TiO2具有合适的禁带宽度(3.2 eV)、良好的光电化学稳定性、价格低廉、易牢固吸附染料等优点,目前仍是应用于染料敏化太阳能电池(DSSC)主要的半导体材料。TiO2光阳极是DSSC的重要组成部分之一,其晶体的形貌与DSSC的光电性能密切相关。本文综述了应用于DSSC中不同形貌TiO2光阳极,重点探讨了常规TiO2光阳极形貌,如纳米粒子、纳米棒、纳米线、纳米管;对新型TiO2光阳极及复合光阳极的形貌也作了介绍。讨论了不同形貌TiO2光阳极的制备方法及其结构对DSSC光电性能的影响,提出TiO2光阳极今后的研究方向是将不同形貌光阳极进行复合或混合掺杂来提高电子传输速率、优化TiO2薄膜厚度、控制TiO2薄膜中晶体结构抑制电荷再结合、提高电荷传输效率。     

葡萄皮天然色素在染料敏化太阳能电池中的应用

以葡萄皮乙醇提取液作为敏化剂用于染料敏化太阳能电池,光电转换效率达到0.81%。不同pH值下,葡萄皮色素敏化的光阳极的单色光光电转换效率相差较大。在酸性介质中的吸光谱能较好的满足太阳能电池对吸光的需求。采用稀盐酸处理阳极膜的方法,使染料与膜结合性能提高。光子捕获能力增强,电池的TiO2/染料/电解质界面间电子传输阻抗减小,DSSC的光电装换效率达到1.43%,电流密度和光电转换效率分别提高了48.5%和76.5%。     

染料敏化太阳能电池光阳极的研究进展

介绍了染料敏化太阳能电池(DSSC)的主要结构和基本原理,着重阐述了染料敏化太阳能电池光阳极的最新研究结果,并对几种不同光阳极的优缺点进行了详细的描述。文章指出具有高的比表面积、电荷的快速传输通道以及优越的抑制电荷复合性能的多孔膜是未来DSSC电池光阳极的主要发展方向。     

浸染料时间对DSSC性能的影响

染料是染料敏化太阳能电池的重要组成部分,其中浸染料时间会直接影响染料的吸附量与光阳极的微观结构,本文重点考察了浸染料时间对电池性能的影响,研究发现,当浸染料时间为为3h时,DSSC的性能较好。     

用于染料敏化太阳能电池的苊并吡嗪类染料的设计与合成，

以吡嗪环作为吸电子基团,单羧基为连接基团,选用不同的芳环供电基团设计合成了3个苊并吡嗪类染料敏化太阳能电池(DSSC)染料。其中,以二苯胺为供电基的染料Va性能最好,主要吸光范围是400~500 nm,ELUMO为-1.10 eV,远负于TiO2的导带能级-0.5 eV,说明染料的激发态电子注入到纳米TiO2的导带在热力学上是可行的;EHOMO为1.31 eV,远正于I-/I3-的氧化还原电位0.4 eV,说明处于氧化态的染料分子从氧化还原电对得到电子再生。光电转换效率最高为3.06%,达到经典染料N719效率的43%。     

染料敏化太阳电池TiO2光阳极研究进展

纳米TiO2是目前性能最为优良的染料敏化太阳电池(DSSC)光阳极材料。文章系统综述了优化纳米TiO2光阳极的染料吸附、电子传输、再生染料等性能的技术和方法,主要包括纳米TiO2光阳极薄膜微结构的调控、TiO2光阳极的离子/元素掺杂、TiO2光阳极的表面包覆、TiO2光阳极的表面处理等方面的国内外研究进展,并分析了目前TiO2光阳极存在的主要问题及未来的发展方向。     

基于苯胺增塑的聚乙二醇固态电解质染料敏化太阳能电池

对聚乙二醇固态电解质进行了苯胺增塑处理。虽然为NaI的不良溶剂,将苯胺掺入到固态电解质中对提高NaI浓度贡献不大,但是由于苯胺分子上的胺基与聚乙二醇主链上醚基团的相互作用破坏了晶态结构,增大自由体积有利于离子迁移,从而能大幅提高离子电导率。同时,Lewis碱性苯胺分子能有效抑制染料敏化太阳能电池(DSSC)暗反应,减少光生电子损耗并提高开路电压。含这种固态电解质的DSSC短路电流、开路电压、填充因子及光电转换效率均高于未增塑的聚乙二醇固态电解质DSSC。     

基于吡啶四噻吩和苝二酰亚胺材料的合成及性能

以吡啶环为中心,在吡啶环的2,3,5,6位各键接一个噻吩为π桥,将其与四个苝二酰亚胺通过bay位进行Stille偶联,得到一种新型"螺旋桨状"不对称PDI基非富勒烯电子受体材料Py-4PDI。Py-4PDI在波长为300～650 nm段有强吸收,而PTB7-Th在500～800 nm波段有强吸收,故Py-4PDI与PTB7-Th的吸收光谱有较好互补性。Py-4PDI最高成键分子轨道能级为-6.05 eV,最低空轨道能级为-4.11 eV,其能级与PTB7-Th的能级满足电荷分离、转移的要求。虽然Py-4PDI呈现"螺旋桨状"扭曲能抑制分子中PDI自身聚集,但使PTB7-Th:Py-4PDI共混活性层膜相分离严重,致使电荷传输性能较差,其电子迁移率仅为1.18×10-4 cm2·V-1·s-1,导致其器件的Jsc和FF较低。此外,PTB7-Th与Py-4PDI之间HOMO能级差为0.85 eV,导致所制备的本体异质结型有机聚合物太阳能电池器件在光电转换过程中能量损失(Eloss)较大,致使器件光电转换效率仅为3.32%。但这是目前报道基于PDI不对称NFAs最高的效率。     

9种树叶生物炭作为染料敏化太阳电池对电极的光电性能

将9种由树叶经单步热解获得的生物炭作为对电极催化材料引入染料敏化太阳电池(DSSC),并在分析生物炭的组织结构和电化学性能的基础上,着重探讨了引起器件光电性能差异的内在原因。结果表明:9种树叶热解获得的生物炭组装的DSSC的转换效率在1.00%~1.85%之间,其中棕叶最佳,樟树叶和杨树叶其次,三者的转换效率均高于1.3%,随后依次为枫叶、红继木叶、椿树叶、杉树叶和松针,桂叶最低。生物炭的孔隙结构是引起相应器件光电性能各异的主要原因。由于棕叶生物炭具有独特的取向孔隙,能缩短电解质扩散距离以及提升催化活性,因此其器件的转换效率最佳。此外,9种生物炭器件的转换效率均高于石墨器件(0.77%)。更优的光电性能主要归功于生物炭具有的多级孔结构和玻璃态碳骨架。     

基于阴阳离子染料对的光捕获体系构建及其在光催化CDC反应中的应用研究

针对荧光素类染料单独使用中存在光响应范围窄、能量利用率低等问题,利用离子染料之间的静电作用力构建阴阳离子染料对光捕获体系,探究光捕获体系对交叉脱氢偶联(CDC)反应的催化性能及其影响因素。结果表明,染料间阴、阳离子的相互作用可形成稳定的光捕获体系,以阴、阳离子染料玫瑰红(RB)和吖啶橙(AO)为受体和供体构建了光捕获体系“D⁺_AOA^-_RB”(浓度为2×10^-5 mol/L),其荧光共振能量转移(FRET)效率可达72%。光捕获体系的荧光共振能量转移(FRET)过程可有效拓宽光响应范围、提高受体光催化性能,“D⁺_AOA^-_RB”体系对CDC反应展现出优异的光催化性能,其光催化反应速率是以RB为催化剂时的1.60倍。     

基于TiO2/多壁碳纳米管复合光阳极和SnO2/多壁碳纳米管非铂对电极的染料敏化太阳能电池电子传输的改善EI北大核心CSCD

为了提高TiO2光阳极的电子传输速率,在TiO2中负载了多壁碳纳米管(MWCNTs)。采用溶胶–凝胶水热法制备了TiO2/MWCNTs复合溶胶,利用电流体动力学方法制备了均匀的TiO2/MWCNTs复合薄膜,并用TiCl4对薄膜进行了优化。用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪和紫外可见吸收光谱仪对样品进行了表征分析。利用电化学阻抗谱和电流密度–电压曲线分析了基于TiO2/MWCNTs复合光阳极和SnO2/MWCNTs对电极的染料敏化太阳能电池(DSSC)的光电性能。结果表明,MWCNTs的加入极大地加速了电子在薄膜中的传输,减少了电子与氧化态染料和I3–的复合;基于CNT-0.12(质量分数0.12%)复合光阳极的DSSC性能最佳(VOC=0.70 V,JSC=13.0 m A/cm2,ηFF=0.64,η=5.80%),与基于纯TiO2光阳极的DSSC(η=4.44%)相比,能量转换效率提高了30.6%。